肌苷的主要用途是什么

【概述】

肌苷(Inosine )是次黄嘌呤和核糖的缩合物，化学名为次黄嘌呤核苷，又名9-β-D-呋喃核糖基次黄嘌呤苷，

【理化性质】

肌苷为白色结晶或无水粉末状，常压下熔点为218℃，较易溶于水，在乙醇中微溶，20℃下肌苷在水中的溶解度为2.065g/L，pH近中性。由于肌苷的分子结构中含有共轭体系，因此肌苷能吸收紫外光，其中酸性条件下（pH3~6时），肌苷紫外吸收波长为248.5nm，当pH为11.2时，紫外吸收波长为251nm。 肌苷在水中一般以三种晶体的形式存在： 1.含两个结晶水的晶体（常见）； 2.á（斜方晶）无水晶体（不常见）； 3.a （单斜晶）无水晶体（不常见）； 通常在20℃以下肌苷主要以两个结晶水的晶体形式存在；较高温度时，存在两种无水的晶体形式。 肌苷分子中的碱基以酮式和烯醇式两种形式存在，他们之间存在互变异构的现象。因为碱性条件下烯醇式结构的分子呈弱酸性，可以与碱性物质反应生成盐。

肌苷与碱结合生成肌苷钠盐，它和水结合生成带有2.5个结晶水的肌苷钠晶体，这促使得它在水中溶解度有所提升。因此在肌苷工业生产中可以利用肌苷和肌苷钠盐的溶解度有差别的这一特性，通过改变溶液pH值的手段，将肌苷从溶液中结晶而提纯分离。 肌苷不但能与碱发生中和反应，同时也能和酸发生中和反应生成盐，这是因为肌苷分子上的碱基的氮原子和酸性溶液的氢离子反应的结果。在肌苷工业中，通过这一特性将肌苷的发酵液调为酸性溶液，使得肌苷分子成为携带正电荷的离子。这样肌苷发酵液可以通过阳离子交换树脂，肌苷会吸附在树脂上，其它不带正电荷的物质可以不被吸附直接流出，从而达到肌苷分离的目的。 肌苷不管是在酸性溶液还是在碱性溶液中均能发生降解，只有在中性的溶液里则比较稳定。

所以，如果要长时间使用肌苷溶液需要将肌苷保存在中性溶液中，即在肌苷溶液中加入中性磷酸盐的缓冲液，加热并调节pH为7.4，这样溶液可以保存6个月左右。这样做可以减轻检测工作的工作量，只需在检测时将肌苷溶液调节至所需的酸度值，从而使检测分析条件得以满足。 在酸性条件下，肌苷能被降解为次黄嘌呤和D-核糖，这一反应被称为是酸性催化水解反应。而在碱性条件下，肌苷可能进行三个竞争反应。因此，在工业生产过程中肌苷产量的损失，主要就是因为酸性水解反应和碱性条件下的三个竞争反应。所以在肌苷的发酵生产和工艺提纯中，都应尽量减少肌苷在酸性和碱性条件下的存放时间，从而将肌苷产量的损失降到最小值。

【生产方法】

肌苷生产方法主要包括化学合成法、酶解法和发酵法三种。化学合成法由于其工艺复杂、设备条件要求高等原因，加上有机溶剂的大量使用存在原料来源和环境污染问题，此方法如今在工业生产上已逐渐被淘汰。酶解法主要是以RNA为原料，通过切断其5’-OH和3’-OH位上结合的磷酸二酯键达到生产核苷的目的，但由于分解过程中产生大量的嘧啶核苷酸，而这些物质暂时还没能得到很好利用，造成了资源浪费。当前国内外多采用发酵法生产肌苷，该方法的显著特点是成本低、效益高，其原理是利用菌株具有合成某种特定核苷酸的能力，通过对其进行诱变处理，选育出营养缺陷型及核苷结构类似物抗性突变株，解除代谢过程中的反馈阻遏和反馈抑制，可以过量积累所需产物。

构建出肌苷高产基因工程菌株后，在生产上需经过严格的菌种筛选流程，挑选出活力最高、生产代谢能力最旺盛的优良菌株，再经过二至三级种子放大培养，将种子液移入发酵罐进行发酵培养，在此过程中，需要严格控制种子和发酵培养基的成分，特别是碳、氮源的合理利用和搭配，有效控制代谢流方向，尽可能抑制EMP途径而增强HMP途径，为肌苷合成提供大量前体物质PRPP(5-磷酸核糖-1-焦磷酸)，并为产物合成提供大量还原力NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。此外，还需采用合适的pH、温度、通风量等发酵培养条件，使菌种在环境下程度积累肌苷。

【生物合成路径】

1.肌苷的全合成途径 在肌苷的全合成途径中，关键酶有磷酸核糖焦磷酸(PRPP)转酰胺酶，IMP脱氢酶和sAMP合成酶。从IMP开始分出两条环形路线，一条经过黄苷酸（XMP）合成鸟苷酸（GMP），再经GMP还原酶的作用生成IMP;另一条经过琥珀酰一磷酸腺苷（sAMP）合成腺苷酸（AMP），再经AMP脱氨酶的作用生成IMP，该路径可实现AMP和GMP的相互转变。IMP由全合成途径生成后,再经脱磷酸化即转变为肌苷。在该合成途径中，PRPP转酰胺酶受AMP系和GMP系任一物质的反馈抑制，并专一性被AMP和ADP强烈抑制，但被IMP、GMP、ATP和XMP的抑制就较弱。IMP脱氢酶受GMP的强烈抑制（58%），受ATP、XMP、ADP的抑制分别为50%、39%、20%，如果缺失该酶则为黄嘌呤缺陷型（Xan-）突变株；sAMP合成酶仅特异性受AMP系物质的反馈阻遏，如果缺失该酶则为腺嘌呤缺陷型（Ade-）突变株。由PRPP到IMP合成途径中的酶均受到鸟嘌呤核苷(GR)或腺嘌呤核苷（AR）的阻遏，而当两者同时存在时具有相乘效应，阻遏作用更加强烈。

2.肌苷的补救合成途径 当培养基中腺嘌呤和鸟嘌呤过量时，对PRPP转酰胺酶有阻碍作用，而导致全合成途径无法进行，这时菌株需通过补救途径合成肌苷。

图1为肌苷的补救合成途径

补救途径也称为短路合成或分段合成途径，微生物可以从培养基中取得完整的嘌呤环，与戊糖、磷酸通过酶促反应直接合成嘌呤单核苷酸。与补救途径有关的酶包括核苷磷酸化酶、核苷酸焦磷酸化酶和核苷酸磷酸激酶。其中以核苷酸焦磷酸化酶所催化的反应最为重要。枯草芽孢杆菌能利用外部添加的次黄嘌呤，通过核苷酸焦磷酸化酶的作用，使嘌呤碱基与PRPP合成相应的嘌呤核苷酸。在该途径中的酶都被多种嘌呤核苷酸所抑制，嘌呤碱基、核苷、核苷酸之间通过补救途径互相转化，其中PRPP是活性中间体。在ATP的存在下，次黄嘌呤(Hx)、鸟嘌呤(Gu)、腺嘌呤(Ade)等的嘌呤碱基与5’-磷酸核糖生成各自相应的嘌呤核苷酸IMP，GMP，AMP。

【用途】　

1.肌苷为人体正常成分，参与体内核酸代谢，能量代谢和蛋白质合成。肌苷可以直接透过细胞膜进入人体细胞，使处于低能缺氧状态下的细胞恢复正常水平，继续进行新陈代谢，并能活化丙酮酸氧化酶类，提高辅酶A的活性，具有激活细胞，刺激代谢等良好的作用。肌苷有助于受损肝细胞功能的恢复，还可刺激体内产生抗体，并提高肠道对铁的吸收。

2.肌苷可作为食品或医药原料的中间体，适用于各种原因引起的白细胞减少症、血小板减少症、各种心脏疾患、急性及慢性肝炎、肝硬化等，此外尚可治疗中心视网膜炎、视神经萎缩等。

3.以肌苷为起始原料，还可合成多种抗病毒药如异丙肌苷、无环鸟苷等。异丙肌苷是一种待开发的肌苷衍生物，除具有抗病毒作用，还具有增强记忆和延缓衰老功能，可作为延缓衰老的保健用药；无环鸟苷是第二代新型广谱抗病毒药，其合成工艺路线为：先由肌苷转化为次黄嘌呤，然后合成乙酰鸟苷再进一步合成无环鸟苷。

4.在食品工业上，肌苷主要用于合成食品增鲜剂5’-肌苷酸钠，它可与鸟苷酸钠、谷氨酸钠以一定比例混合制成复合鲜味剂“I+G”，其鲜味对比传统的味精提高200多倍。目前，鸡精、增鲜剂呈味核苷酸二钠(I+G)等的市场需求每年以15-20%的速度增加。

5.肌苷有很高的药用价值，可用于治疗肝脏疾病、心脏疾病、白血球减少症、贫血病、血吸虫病、中心视神经膜炎、视神经萎缩、放疗造成的血小扳减少症以及毛地黄中毒等症。

6.同时肌苷是一种辅助保肝类药物，肌苷在进入肝细胞后可以促进肝细胞的活化，提高肝功能，加快肝细胞修复的速度同时他还可以加强白细胞的增生的作用。因此作为一种抢救肝昏迷患者的药物。

【主要参考资料】

[1]张小兰. 肌苷产业化工艺控制及发酵条件研究[D].华南理工大学,2014.

[2]黄倩. 肌苷发酵工艺条件研究[D].河南师范大学,2013.